Modelling of a tubular solid oxide fuel cell with different designs of indirect internal reformer

The cell performance and temperature gradient of a tubular solid oxide fuel cell with indirect internal reformer(IIR-SOFC) fuelled by natural gas, containing a typical catalytic packed-bed reformer, a catalytic coated wall reformer, a catalytic annular reformer, and a novel catalytic annular-coated wall reformer were investigated with an aim to determine the most efficient internal reformer system. Among the four reformer designs, IIR-SOFC containing an annular-coated wall reformer exhibited the highest performance in terms of cell power density(0.67 W cm-2)and electrical efficiency(68%) with an acceptable temperature gradient and a moderate pressure drop across the reformer(3.53×10-5kPa).IIR-SOFC with an annular-coated wall reformer was then studied over a range of operating conditions: inlet fuel temperature, operating pressure, steam to carbon(S : C) ratio, gas flow pattern(co-flow and counter-flow pattern), and natural gas compositions. The simulation results showed that the temperature gradient across the reformer could not be decreased using a lower fuel inlet temperature(1223 K–1173 K)and both the power density and electrical efficiency of the cell also decreased by lowering fuel inlet temperature. Operating in higher pressure mode(1-10 bar) improved the temperature gradient and cell performance. Increasing the S : C ratio from 2 : 1 to 4 : 1 could decrease the temperature drop across the reformer but also decrease the cell performance. The average temperature gradient was higher and smoother in IIR-SOFC under a co-flow pattern than that under a counter-flow pattern, leading to lower overpotential and higher cell performance. Natural gas compositions significantly affected the cell performance and temperature gradient. Natural gas containing lower methane content provided smoother temperature gradient in the system but showed lower power density and electrical efficiency.     

基于非线性吸能机理的涡激振动减振理论与实验研究

流致振动现象广泛存在于机械、航空、土木和石油等重要工程领域, 为防止工程结构因流致振动行为而造成疲劳破坏, 有必要对稳定性、动力学响应及其振动控制做深入研究. 本文提出了一种由弹簧和质量块构成的非线性吸能器(nonlinear targeted energy transfer, NTET), 研究了该非线性吸能器对弹性支承圆柱体涡激振动的被动控制影响机制. 基于能量法推导了圆柱体涡激振动非线性被动控制的耦合动力学方程, 通过设计非线性弹簧?质量块构型的NTET, 进一步开展了涡激振动控制的实验研究, 并与理论预测结果进行了较好的对比, 获得提升涡激振动控制效果的最佳参数值. 研究发现, NTET的质量、弹簧刚度以及弹簧预应力等参数会对涡激振动控制效果产生显著的影响. 本文研究结果表明, 该耦合系统中圆柱体和NTET均表现出周期性的稳态振动响应, NTET质量的改变会显著影响系统的耦合频率. 在无预应力状态下, NTET质量越大、刚度越小时, 有更好的减振效果. 当弹簧预应力逐渐增大时, NTET的非线性刚度逐渐变弱, 会降低涡激振动控制性能. 参数分析表明: 随着涡激振动控制性能的提升, 圆柱体的振幅逐渐较小, NTET的振幅逐渐增大, 能量传递效率逐渐提高. 研究结果可为工程中涡激振动控制策略的高效设计提供有用的理论支撑和实验数据.      

两尺度Duffing系统的动力吸振器减振研究

两尺度耦合的Duffing系统存在复杂振动, 此类振动具有振幅大、频率高的特点, 对系统的危害不容忽视. 研究了线性动力吸振器对低频参数激励下Duffing系统的振动控制问题, 通过对比耦合动力吸振器前后系统的时间历程图、相图, 发现加入动力吸振器后系统会由单一振动模式转变为混合振动模式(簇发振动), 振动幅值明显减小, 尤其对高频振动部分抑制明显. 利用快慢分析法, 当参数激励为慢变过程时得到相应的自治系统, 并发现自治系统稳定性与分岔行为对非自治系统振动响应具有明显调节作用. 研究结果表明, 虽然耦合动力吸振器前后自治系统均发生叉形分岔, 但是加入吸振器后自治系统稳定性发生变化, 稳定中心变为渐进稳定的焦点, 稳定平衡线对非自治系统轨线的吸引力增强, 使得响应振动幅值减小; 另外轨线在不同吸引子之间的跳跃次数减少, 也是导致响应振动幅值减小的另一个原因. 通过对参数激励的相关参数减振效果分析, 发现加入的动力吸振器在较大的振动幅值和频率范围内都能起到抑制系统振动的作用. 为两尺度系统耦合线性动力吸振器减振研究提供了理论依据.      

可变节流高度气浮支承结构设计及动态性能分析

为了使气浮支承的承载力动态可调,设计了一种可变节流高度气浮支承. 通过建立气浮支承计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)模型,利用CFD动网格技术来模拟小孔节流器的运动,研究小孔节流器的结构参数、运动参数及气浮支承的工作参数对可变节流高度气浮支承动态性能的影响. 结果表明:通过调节小孔节流器的节流高度可以明显改变气浮支承的承载力;在只考虑单一变量的前提下,气浮支承承载力的波动量随着小孔节流器的运动幅值、运动频率、节流高度、直径和气浮支承供气压强的增加而增加,但随着气膜厚度的增大而减小;当小孔节流器直径较小时,随着小孔节流器运动频率的增加,气浮支承动刚度的增幅很小,但当小孔节流器直径增大时,随着小孔节流器运动频率的增加,气浮支承动刚度的增幅会明显变大.      

螺旋卷绕型纤维基人工肌肉的致动特性研究

螺旋卷绕型纤维基人工肌肉是模仿天然肌肉的新型致动器,在柔性驱动领域具有广阔的应用前景.通过将尼龙6纤维和铜丝复合卷绕,制备了电阻丝附着型纤维基人工肌肉;搭建了表征人工肌肉致动特性的实验平台,对人工肌肉的致动特性进行研究,发现致动效率与输入功率、螺旋直径有关.对螺旋卷绕型纤维基人工肌肉的致动特性进行理论分析,预测了致动应...     

动生、感生电动势与法拉第电磁感应定律等价性的研究

法拉第电磁感应定律与动生电动势、感生电动势之和是完全等价的。本文通过实例证明,等价是有条件的。当回路中存在大块导体时,则不等价。     

一维光子晶体热辐射光谱控制模拟研究

将一维金属-介质光子晶体应用于热辐射光谱控制,基于电磁波理论建立了光谱能量关系和光谱特性计算方法.采用钨(W)和二氧化硅(SiO2)设计了一维金属-介质光子晶体,从麦克斯韦方程组出发,研究了该一维结构的光谱特性.研究结果表明,该结构能够有效地结合材料自身光谱属性和光子晶体的光谱控制特性实现热辐射光谱特性的选择控制,可被用于热光伏系统实现热辐射光谱控制.     

柔性铰链微位移机构在可调谐F-P滤波器中的应用研究

分析了由于反射镜倾斜导致的可调谐F-P(Fabry-Perot)滤波器失谐。设计了一种柔性铰链式微位移机构,由压电陶瓷驱动,采用平行四连杆机构进行传动导向。采用该机构驱动F-P腔镜扫描克服了直接使用压电陶瓷带来的腔镜倾斜问题。该机构已应用于可调谐F-P滤波器中,输出信号多周期峰值幅度均匀,重复性好。     

投影器的标定方法

随着近景摄影测量的发展,投影器的使用越来越频繁和广泛。为了更好地使用和充分地利用投影器,需要求解投影器的内方位元素,即对投影器进行标定。提出了一种方便有效的投影器标定的方法。只需要一架投影器、一部数码相机、一个平面格网和一台计算机,设备的连接和使用相对方便灵活。基于近景摄影测量的理论,结合二维直接线性变换(2D-DLT)和共线方程,运用图像处理的方法,利用光束法平差对投影器进行标定。实验及其结果证明了该标定方法的正确性和有效性。     

航天光学遥感器在轨调制传递函数神经网络评价方法

通过对航天光学遥感器在轨调制传递函数模型和遥感图像的分析,找出遥感图像中与调制传递函数有关的特征信息,采用神经网络为工具,完成利用遥感器传输下来的任意一幅地面景物图像进行调制传递函数的评价。首先模拟出包含不同调制传递函数等级的遥感图像,组成训练样本集,再从图像中分别提取出直接与调制传递函数有关的特征参量和与景物结构有关的特征参量,作为神经网络的输入,网络通过对训练样本集中模拟出的大量调制传递函数已知的遥感图像训练后,当再次输入一幅调制传递函数未知的遥感图像时,便能够正确估计出其调制传递函数值。这种方法不需要在地面铺设靶标或预先获得调制传递函数已知的同一地面景物的航空图像作为参考,只需获得任意一幅地面景物图像即可完成对遥感器调制传递函数的评价。实验结果表明,当不考虑噪声对调制传递函数的影响时,对调制传递函数的评价误差约为6%,而在考虑噪声时,评价误差约为9%。